Android消息循环机制探讨

时间：2022-05-02 18:56:24

怎样理解Android中的Handler，MessageQueue、Runnable与Looper？

简单来讲，用一句话概括就是：
Looper不断获取MessageQueue中的一个Message（Runnable会包装成Message），然后由Handler来处理。

这其实就是进程/线程跑起来的基础，我们称为消息循环处理机制。其实任何系统能够跑起来的本质就是依赖于这样一个机制。

所以我们第一个要搞清楚的问题是在Android中消息循环处理机制是怎么搭建起来的？

线程是CPU调度的基本单位，也就是说线程相当于一个平台，我们利用这个平台做各种各样的事情，显然消息循环机制（Looper）也是在线程上完成的。所以我们首先看下在线程里是怎么使用Looper的？举个简单的例子：

class LooperThread extends Thread{
        @Override
public void run() {
            Looper.prepare();
            Handler h = new Handler(){
                @Override
public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
                }
            };
            Looper.loop();
        }
    }

从上面的代码可以看出，Looper的使用是非常简单的，就3个步骤。

第一步：Looper.prepare();
准备工作，看下源码里面做了什么事情？

public static void prepare() {
if (sThreadLocal.get() != null) {
throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
        }
        sThreadLocal.set(new Looper());
}

private Looper() {
        mQueue = new MessageQueue();
        mRun = true;
        mThread = Thread.currentThread();
    }

首先看下sThreadLocal对象是什么东西？

static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();

哦，原来是ThreadLocal对象，这里ThreadLocal的意义在于为每个线程隔离Looper对象，也就是每个线程对应一个Looper对象，sThreadLocal就是用来统一管理每个线程的Looper对象，确保每个线程的Looper对象是独立的。所以Looper.prepare();的作用在于为线程创建一个Looper对象，可以通过sThreadLocal.get()来获得。从代码里可以看出，一个线程对应一个Looper对象。然后在Looper的构造器里初始化了MessageQueue。

第二步：创建处理消息的Handler；
你肯猜到了，Handler和Looper存在某种关系，不然这个消息循环处理是怎么连接起来的。所以我们从Handler的构造方法入手。

public Handler() {
//省略部分代码
        mLooper = Looper.myLooper();
if (mLooper == null) {
throw new RuntimeException(
"Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");
        }
        mQueue = mLooper.mQueue;
        mCallback = null;
    }

从上面的代码里我们得到以下几条信息：
1、在Handler里通过Looper.myLooper()得到了线程的Looper对象；

public static Looper myLooper() {
return sThreadLocal.get();
}

2、在Handler里维护了一个MessageQueue mQueue，指向Looper对象里的MessageQueue。
3、有一个回调接口对象 mCallback

好，现在Handler、Looper和MessageQueue算是有了一些联系。

下面看第三步：Looper.loop();
前面两步都是准备工作，这一步开始真正做事情了，我们来看下loop（）方法里的主要流程。

public static void loop() {
        Looper me = myLooper();
if (me == null) {
throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
        }
        MessageQueue queue = me.mQueue;

while (true) {
            Message msg = queue.next(); // might block
if (msg != null) {
if (msg.target == null) {
return;
                }
                msg.target.dispatchMessage(msg);

                msg.recycle();
            }
        }
    }

从上面可以看出，消息循环的机制就是从Looper对象中拿到消息队列MessageQueue，然后不断的从MessageQueue里拿到消息，然后由handler（msg.target）去处理（dispatchMessage(msg)）。

从创建Looper对象和Handler对象，到handler和Looper之间联系起来，再到消息循环处理，就这样，消息循序处理机制搭建起来了，线程跑起来了，整个流程我们似乎也明白了，但其实仔细想想，我们忽略了很多细节：

1、前面我们讲了从消息队列MessageQueue中取出消息message交由handler处理，但好像没看到过消息是怎么放进消息队列的？Message和handler是怎么联系起来的也不清楚？

我们知道handler是用来处理消息的，其实handler还有另外一个作用—-发送消息：将Message压入MessageQueue中。Handler发送消息用到的API分为两个系列，Post系列和Send系列。
Post系列：
public final boolean post(Runnable r)；
public final boolean postAtTime(Runnable r, long uptimeMillis)；
…………
Send系列：
public final boolean sendMessage(Message msg)；
public final boolean sendEmptyMessage(int what)；
public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)；
public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)；
……………
Post和Send两个系列的共同点是它们都负责将某个消息压入MessageQueue中；区别在于后者处理的函数参数直接是Message，而Post处理的参数是Runnable，将Runnable转换成Message，再调用Send系列函数来执行下一步。
我们挑选第一个Post函数来分析下其流程：

public final boolean post(Runnable r)
    {
return  sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
}

首先通过方法getPostMessage(r)将Runnable对象封装成Message ，再通过对应的send函数把它推送到MessageQueue中；

private final Message getPostMessage(Runnable r) {
        Message m = Message.obtain();
        m.callback = r;
return m;
}

从getPostMessage(r)方法中我们可以知道以下几点
1）Android系统会维护一个全局的Message池，当用户需要使用Message时，可以通过obtain直接获得，而不是自行创建。这样的设计可以避免不必要的资源浪费。
2）Runnable对象赋给的Message的callback，在Message类中callback的定义如下：
Runnable callback;

public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)
    {
if (delayMillis < 0) {
            delayMillis = 0;
        }
return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
}

SystemClock.uptimeMillis()：从手机开机到现在的毫秒数，不包括睡眠时间。

public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)
    {
boolean sent = false;
        MessageQueue queue = mQueue;
if (queue != null) {
            msg.target = this;
            sent = queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
        }
return sent;
}

还记得mQueue吗？在handler的构造器中将Looper里的MessageQueue赋给了mQueue。
Message和handler也在这里联系起来了：msg.target = this;
最后queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis)将消息压入队列。

2、对于handler处理消息，上面我们是一笔带过的，msg.target.dispatchMessage(msg); 那消息处理的流程到底是怎么样的呢？
在Handler类中对消息处理有两个方法：
public void dispatchMessage(Message msg)；//对Message进行分发
public void handleMessage(Message msg)；//对Message进行处理
Looper从MessageQueue中取出一个Message后，首先会调用Handler. dispatchMessage进行消息派发，

public void dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback != null) {
            handleCallback(msg);
        } else {
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
                }
            }
            handleMessage(msg);
        }
    }

首先判读msg.callback是否为空，还记得这个吗？前面提到过msg.callback就是Post系列传入的Runnable对象，所以Post系列发送的消息msg.callback不为空，走handleCallback(msg)，

private final void handleCallback(Message message) {
        message.callback.run();
}

直接调用run方法执行任务，消息处理结束。
Send系列发送的消息callback为空，所以走else，先判断mCallback是否为空，mCallback对象是什么？其实这是一个回调接口对象，接口里也有一个handleMessage(msg)方法用来处理消息，

public interface Callback {
public boolean handleMessage(Message msg);
}

这个对象是在Handler的构造器中传入的，传了就有，没传就没有，作用在于有了回调接口来处理消息，就不用写Handler的子类来实现handleMessage(Message msg)方法了。
如果mCallback为空，或者mCallback.handleMessage(msg)消息没处理成功，就走Handler类中的handleMessage(msg)了，

public void handleMessage(Message msg) {
}

在Handler类中，这是一个空的方法，子类重写这个方法去完成消息处理的逻辑。
讲到这里，你可能会很奇怪，Handler同时负责发送消息和处理消息，为什么不直接操作，而是大费周章地先把Message压入MessageQueue，再取出来处理？其实这体现了程序设计的一个良好的习惯，即“有序性”。如果世界没有了秩序，那将乱的一塌糊涂，程序也是如此。

3、我们知道，调用Looper.loop()后消息循环处理就开始了，那循环什么时候退出了？
从loop（）方法里可以看到有一种情况可以退出循环，就是当msg.target == null ；时，但是上面我们讲过msg.target的赋值是在sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)方法里，而不管是Post还是Send发送消息都会走到这个方法，从而给msg.target赋值，所以正常情况下消息处理循环是不会退出的，怎么办了？其实在Looper类中有一个quit()方法，我们看下里面做了什么事情？

public void quit() {
        Message msg = Message.obtain();
        mQueue.enqueueMessage(msg, 0);
    }

在这里面直接往MessageQueue中压入一条消息，这样msg.target就为空了，当循环到这条消息时，就退出了循环，所以如果你想终止消息处理循环，请调用这个方法即可。

现在，我们基本上理清了Android中的Handler，MessageQueue、Runnable与Looper之间的关系和它们之间的流程机制了。每个Thread只对应一个Looper；每个Looper只对应一个MessageQueue。把一个Thread比作一座城市，Looper是城市的户籍名称；MessageQueue是这座城市的唯一地标性建筑；而Hander就是人口，在一座城市，可以有本地人口，也可以有外地人口，但每个人都有户籍，标识他属于哪座城市；Message就是货物，不区分属地，携带在人的身上，在城市或城市间流通。
最后提一点，在Looper类中还有这样两个方法：

public static void prepareMainLooper() {
        prepare();
        setMainLooper(myLooper());
        myLooper().mQueue.mQuitAllowed = false;
}

public synchronized static Looper getMainLooper() {
return mMainLooper;
}

这两个方法就是我们熟悉的UI主线程专用的方法了，
new Handler(getMainLooper())就代表在主线程运行了。
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